一种小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法组成比例

一种小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，包括：1)确定主骨料和填充集料的界限筛孔；2)根据逐级填充理论，得到各级填充集料的组成质量比例；3)确定各级填充集料的最佳质量比例；4)采用灰关联熵分析法根据各级填充集料对主骨料的间隙率和最大承载力的影响，确定影响沥青混合料骨架特性的关键筛孔；5)得到沥青混合料的主骨料级配优选范围；6)确定各级填充集料质量比例；7)确定填充集料对小粒径沥青混合料性能影响的关键筛孔；8)得到沥青混合料中填充料的级配推荐范围；9)通过体积法确定主骨料和填充集料的比例，得出小粒径骨架密实型沥青混合料级配范围。本发明专利技术能使混合料骨架及密实状态同时达到最佳，满足路用和抗滑性能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于道路施工领域，具体涉及一种小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法。
技术介绍
小粒径骨架密实型沥青混合料主要用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护以及轻微病害的矫正性养护，因其具有改善路面的表面功能、延长路面使用寿命、改善行驶质量、校正表面缺陷、减小面层厚度、提高安全特性(包括抗滑性与排水性)、降低噪音等路面功能，近年来逐渐受到重视。小粒径骨架密实型沥青混合料的骨料粒径偏小，整体承载能力有限，所以其矿料级配的组成决定着沥青混合料整体的路用性能。目前常用的级配设计理论主要有：最大密度曲线理论、粒子干涉理论和分形理论。W.B.Fuller的最大密实曲线理论是从集料以何种比例组合能达到最大密实度的角度出发确定级配中各种粒径的分布，各级数量比较接近，同级颗粒不能相互接触，粗集料含量少，不能形成骨架结构，所以高温稳定性能较差，在现在重交通荷载作用下容易产生车辙；C.A.G魏矛斯(Weymouth)提出的粒子干涉理论实质是以填充理论为基础，在填充颗粒粒径不大于前一级颗粒间隙距离的前提下，逐级填充，达到最大密实度，否则前一级颗粒与次级颗粒之间势必发生干涉现象；分形理论是基于分形几何学发展起来的，所谓分形几何，通俗一点说就是研究无限复杂但具有一定意义下的自相似图形与结构的几何学，它为人们提供了一种描述自然界不规则复杂现象中的秩序和结构的新方法。由于小粒径特点的限制，传统的级配设计方法，用普通沥青混合料粗细集料的划分界限对其主骨料和填充料进行划分显然是不合理的，很难满足其路用性能和抗滑性能要求。在级配设计中，粗集料颗粒间嵌挤力的大小及密实程度是级配设计的关键因素，通常采用不同粗细集料的分界筛孔对小粒径骨架密实型沥青混合料的级配设计，对于粗集料这一松散材料，目前主要通过粗集料间隙率来判断其骨架状态，然而粗集料间隙率主要是体现集料密实性的指标，集料颗粒间的稳定性主要由集料抵抗外界荷载的能力，即骨架强度进行决定，而且如何评价干混集料的骨架强度也依然是目前所存在的一个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，能使混合料骨架以及密实状态同时达到最佳，满足路用和抗滑性能要求。为了实现上述目的，本专利技术小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，包括以下步骤：1)确定主骨料和填充集料的界限筛孔；2)根据逐级填充理论，测定主骨料的粗骨料间隙率、加州承载比和最大承载力，确定一级填充集料和二级填充集料的最佳质量比例，保持此最佳比例不变，再确定三级填充集料与二级填充集料的比例，以此类推，得到各级填充集料的组成质量比例；3)通过均匀设计表，以间隙率和最大承载力为控制指标，进行主骨料配比的优化设计，确定各级填充集料最佳的质量比例；4)采用灰关联熵分析法根据各级填充集料对主骨料的间隙率和最大承载力的影响，确定出影响沥青混合料骨架特性的关键筛孔；5)将关键筛孔的集料含量上下浮动2％、非关键筛孔集料含量上下浮动4％并取整，得到小粒径骨架密实型沥青混合料的主骨料级配优选范围；6)根据最大密度曲线理论和A.N,Talbol公式，变化n值设计相应填充集料级配，并测定对应级配下填充集料的振实密度和振实骨架的间隙率，评价不同n值设计的填充集料级配的密实性，从而确定各级填充集料的质量比例；7)以间隙率为对比列，对不同n值对应级配的间隙率结果进行灰关联熵分析，确定填充集料对小粒径沥青混合料性能影响的关键筛孔；8)将关键筛孔的集料含量上下浮动1.5％、非关键筛孔的集料含量上下浮动3％并取整，得到小粒径骨架密实型沥青混合料中填充料的级配推荐范围；9)根据主骨架空隙率以及沥青混合料设计空隙率，确定细集料用量和沥青用量，使细集料体积、沥青体积和沥青混合料设计空隙体积的总和等于主骨架空隙的体积，通过体积法确定主骨料和填充集料的比例，并最终得出小粒径骨架密实型沥青混合料的级配范围。步骤1)根据贝雷法，按公称最大粒径的0.22倍确定主骨料和填充集料的界限筛孔。步骤2)进行一级填充时，先根据填充集料的间隙率和加州承载比试验结果确定填充量的百分比范围，再根据最大承载力试验结果确定一级填充集料的比例；进行二级填充时，根据最大承载力和填充集料的间隙率试验指标确定出二级填充集料的比例，并以此类推，相继填充，最后得到各级填充集料的组成质量比例。均匀设计表进行主骨料配比的优化时，变化各级填充集料比例对应的质量分数设计试验。采用灰关联熵分析法确定影响沥青混合料骨架特性的关键筛孔时，各级填充集料对应的质量分数值为比较列，以主骨料的间隙率和最大承载力作为参考序列。确定各级填充集料的质量比例时，n值的变化范围为0.2～0.7，间隔为0.05，按下式进行计算，评价不同n值设计的填充集料级配的密实性：其中：Pi是筛孔直径为i的通过率；D为最大粒径。通过体积法确定主骨料和填充集料的比例按下式进行计算：G+g＝100％；式中：G——矿质混合料中主骨料比例，％；g——矿质混合料中填充料比例，％；ρg——填充料混合后的密度，g/cm3；ρs——主骨料紧密堆积密度，g/cm3；VCA——主骨料紧密堆积状态下的空隙率，％；VMA——矿料间隙率，％；Pa——油石比，％；ρa——沥青的密度，g/cm3；VV——沥青混合料的空隙率，％。沥青混合料的空隙率VV的范围为3.5％～4.2％，矿料间隙率VMA为16.5％～18.5％。选取主骨料和填充集料级配范围的中值计算得到小粒径骨架密实型沥青混合料配合比。根据计算所得的小粒径骨架密实型沥青混合料的级配范围，在理论油石比下进行马歇尔试验，通过测定每组马歇尔试件的稳定度、流值、主骨架间隙率和体积参数，以空隙率VV和矿料间隙率VMA为控制因素，得出各指标均能满足要求的主骨料和填充集料比，根据关键筛孔和非关键筛孔的控制原则，计算得到小粒径沥青混合料的矿料级配范围。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：通过对小粒径骨架密实型沥青混合料进行级配设计，避免了以往道路交通行业对主骨料和填充料统一划分以及对主关键筛孔与次关键筛孔进行经验性粗略划分的问题。通过针对性的给出沥青混合料的级配范围，在满足路用性能要求的情况下，给具体施工状况提供了可变化空间，便于具体应用。本专利技术利用粒子干涉和最大密度曲线理论，在保证主骨架达到最佳嵌挤状态的同时，达到最大密实状态，在公称最大粒径较小，主骨料骨架强度较低的状态下，避免了由于主骨料中各级筛孔的集料比例搭配不当，造成骨架的承载能力降低，保证了在车辆荷载和环境共同作用下，骨架的稳定性，从而确保沥青混合料的路用性能和耐久性，显著提高了经济效益。附图说明图1本专利技术方法的操作流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，包括以下步骤：(1)主骨料和填充料的界定：采用贝雷法和相关研究的结论，对小粒径骨架密实型沥青混合料中主骨料和填充集料的分界进行动态划分。沥青混合料粗细集料的分界点随集料公称最大粒径的变化而变化，粗细集料的分界筛孔按公称最大粒径的0.22倍进行确定。(2)主骨料组成设计：以逐级填充理论为依据，测定不同比例混合时主骨料的粗骨料间隙率VCA、加州承载比CBR和最大承载力MPL，确定主骨料的组成，确定关键筛孔，并推本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定主骨料和填充集料的界限筛孔；2)根据逐级填充理论，测定主骨料的粗骨料间隙率VCA、加州承载比CBR和最大承载力MPL，确定一级填充集料和二级填充集料的最佳质量比例，保持此最佳比例不变，再确定三级填充集料与二级填充集料的比例，以此类推，得到各级填充集料的组成质量比例；3)通过均匀设计表，以间隙率VCA和最大承载力MPL为控制指标，进行主骨料配比的优化设计，确定各级填充集料最佳的质量比例；4)采用灰关联熵分析法根据各级填充集料对主骨料的间隙率VCA和最大承载力MPL的影响，确定出影响沥青混合料骨架特性的关键筛孔；5)将关键筛孔的集料含量上下浮动2％、非关键筛孔集料含量上下浮动4％并取整，得到小粒径骨架密实型沥青混合料的主骨料级配优选范围；6)根据最大密度曲线理论和A.N,Talbol公式，变化n值设计相应填充集料级配，并测定对应级配下填充集料的振实密度和振实骨架的间隙率VCA，评价不同n值设计的填充集料级配的密实性，确定各级填充集料的质量比例；7)以间隙率VCA为对比列，对不同n值对应级配的间隙率VCA结果进行灰关联熵分析，确定填充集料对小粒径沥青混合料性能影响的关键筛孔；8)将关键筛孔的集料含量上下浮动1.5％、非关键筛孔的集料含量上下浮动3％并取整，得到小粒径骨架密实型沥青混合料中填充料的级配推荐范围；9)根据主骨架空隙率以及沥青混合料设计空隙率，确定细集料用量和沥青用量，使细集料体积、沥青体积和沥青混合料设计空隙体积的总和等于主骨架空隙的体积，通过体积法确定主骨料和填充集料的比例，并最终得出小粒径骨架密实型沥青混合料的级配范围。...

【技术特征摘要】
1.一种小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定主骨料和填充集料的界限筛孔；2)根据逐级填充理论，测定主骨料的粗骨料间隙率VCA、加州承载比CBR和最大承载力MPL，确定一级填充集料和二级填充集料的最佳质量比例，保持此最佳比例不变，再确定三级填充集料与二级填充集料的比例，以此类推，得到各级填充集料的组成质量比例；3)通过均匀设计表，以间隙率VCA和最大承载力MPL为控制指标，进行主骨料配比的优化设计，确定各级填充集料最佳的质量比例；4)采用灰关联熵分析法根据各级填充集料对主骨料的间隙率VCA和最大承载力MPL的影响，确定出影响沥青混合料骨架特性的关键筛孔；5)将关键筛孔的集料含量上下浮动2％、非关键筛孔集料含量上下浮动4％并取整，得到小粒径骨架密实型沥青混合料的主骨料级配优选范围；6)根据最大密度曲线理论和A.N,Talbol公式，变化n值设计相应填充集料级配，并测定对应级配下填充集料的振实密度和振实骨架的间隙率VCA，评价不同n值设计的填充集料级配的密实性，确定各级填充集料的质量比例；7)以间隙率VCA为对比列，对不同n值对应级配的间隙率VCA结果进行灰关联熵分析，确定填充集料对小粒径沥青混合料性能影响的关键筛孔；8)将关键筛孔的集料含量上下浮动1.5％、非关键筛孔的集料含量上下浮动3％并取整，得到小粒径骨架密实型沥青混合料中填充料的级配推荐范围；9)根据主骨架空隙率以及沥青混合料设计空隙率，确定细集料用量和沥青用量，使细集料体积、沥青体积和沥青混合料设计空隙体积的总和等于主骨架空隙的体积，通过体积法确定主骨料和填充集料的比例，并最终得出小粒径骨架密实型沥青混合料的级配范围。2.根据权利要求1所述的小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，其特征在于：步骤1)根据贝雷法，按公称最大粒径的0.22倍确定主骨料和填充集料的界限筛孔。3.根据权利要求1所述的小粒径骨架密实型沥青混合料级配方法，其特征在于：步骤2)进行一级填充时，先根据填充集料的间隙率VCA和加州承载比CBR试验结果确定填充量的百分比范围，再根据最大承载力MPL试验结果确定一级填充集料的比例；进行二级填充时，根据最大承载力MPL和填充集料的间隙率VCA试验指标确定出二级填充集料的比例，并以此类推，相继填充，最后得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小雯，豆怀兵，陈华鑫，熊锐，李亮亮，王晓磊，刘子铭，蔡园，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61